Wenn das Smartphone das Gebäude steuert

Ein zweiter Frühling für ausgediente Smartphones.

Die Automation von Gebäudesystemen bietet ein grosses Einsparungspotenzial beim Energieverbrauch von Immobilien. Studien über solche Systeme zeigen, dass durch optimierte Lösungen der Energiebedarf für Gebäude im Schnitt um rund 30 Prozent gesenkt werden kann. Damit dafür nicht wiederum CO2-intensive Computerchips produziert werden müssen, untersucht Empa-Forscher Hanmin Cai aktuell, inwiefern liquidierte und beschädigte Smartphones diese Aufgaben steuern könnten.

Auch ein oberflächlich beschädigtes Smartphone (links) kann problemlos die gleichen Aufgaben erfüllen, wie eine neuwertige Kontrolleinheit (rechts). (c) Hanmin Cai / Empa

In nahezu jedem Bereich unseres Lebens hält zunehmend die Digitalisierung Einzug. Nach der grossen Revolution in der Kommunikation, der Transformation der Industrie und der bevorstehenden Wende im Mobilitätssektor, widmete man sich in den letzten Jahren auch verstärkt dem Gebäudepark. Mit gutem Grund, denn dieser zeichnet für rund 40 Prozent des hiesigen Energieverbrauchs verantwortlich. Das sollen selbstlernende Algorithmen ändern, die Gebäude aufgrund ihrer baulichen Merkmale und ihrer Nutzung optimal betreiben können. So kann etwa das System von viboo, einem Start-up das aus einem Forschungsprojekt an der Empa entstanden ist, allein durch die automatisierte und vorausschauende Raumklimatisierung Energieeinsparungen von rund 30 Prozent verzeichnen.

Allerdings benötigen diese Gebäudesysteme wiederum entsprechende Hardware – vornehmlich Rechen- und Kommunikationsleistung. Dieser Umstand brachte Hanmin Cai, Forscher an der Empa im Bereich urbane Energiesysteme, ins Grübeln. Denn auch in seinem aktuellen Projekt stelle der ökologische Fussabdruck der benötigten Hardware ein Dilemma dar, so Cai: «Diese Systeme sollen ja Energieverbrauch und CO2-Ausstoss vermindern. Wenn wir dazu aber neue Hardware herstellen müssen, deren Produktion und Transport wertvolle Ressourcen benötigen und grosse Mengen CO2 verursachen, dann verschieben wir einen Teil der Emissionen einfach auf andere Sektoren». Als er zu Hause in einer Schublade seine alten Smartphones entdeckte, kam ihm jedoch eine Idee: Was, wenn statt neuer Hardware wiederverwendete zum Einsatz kommen könnte, die ohnehin in grosser Zahl vorhanden ist? Denn oft werden Smartphones aufgrund eines beschädigten Bildschirms oder der Akkulaufzeit ersetzt, während Prozessor und Speicher immer noch einwandfrei funktionieren. Um dies zu demonstrieren, hat er untersucht, inwiefern sich grundlegende Kontroll- und Kommunikationsaufgaben mit herkömmlichen Smartphones durchführen lassen, welche Leistung diese erbringen und welche Software-Applikationen dazu benötigt werden. Dazu hat er den von ihm mitentwickelten Algorithmus mit Hilfe von open-source Software auf sein altes Smartphone gespielt, um so die Raumtemperatur in einer NEST-Unit, innerhalb einer von ihm festgelegten Komfortzone, zu kontrollieren. In einem zweiten Versuch kontrollierte er damit den Lade- bzw. Entladevorgang einer elektrischen Batterie, die mit einem simulierten Stromnetz verbunden war.

Die ersten Ergebnisse sind insofern zufriedenstellend, als dass beide Aufgaben mit ansprechender Genauigkeit ausgeführt werden konnten. Auch bezüglich der Kommunikationsgeschwindigkeit lag der Smartphone-Controller in einem Bereich, der für die Gebäudesteuerung ausreichend ist. Der augenscheinliche Vorteil dieses Setups, laut Cai: «Wir alle kaufen uns etwa alle fünf Jahre ein neues Smartphone. Dazu kommt, dass in den meisten Haushalten mehr als eine Person lebt. Die Ressourcen wären also zur Genüge vorhanden». Trotzdem steht die Idee noch ganz am Anfang. Wichtige Fragen, etwa zur Sicherheit der Software-Kette, zur Skalierbarkeit der Anwendung oder der Lebensdauer eines solchen Smartphone-Controllers, sind noch nicht abschliessend beantwortet. Noch zuvor steht eine fundierte Analyse des CO2-Verbrauchs über den gesamten Lebenszyklus des Smartphone-Controllers an. Dadurch werden die Forschenden genau beziffern können, wie viele Emissionen gegenüber einem neu produzierten Gerät schliesslich eingespart werden können.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Hanmin Cai
Urban Energy Systems
Tel. +41 58 765 40 77
hanmin.cai@empa.ch

Originalpublikation:

H Cai; Circular economy meets building automation; Journal of Physics: Conference Series (2023); https://doi.org/10.1088/1742-6596/2600/19/192011

https://www.empa.ch/web/s604/reuse-smartphones